Abstracts (Тезисы)

Not a complete version! (updated September, 10)

Фотоакустический метод, использующий лазерно-индуцированные решетки,  и измерения физико-химических параметров жидкостей и газов

Д.Н. Козлов

Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук,  Москва

Лазерно-индуцированные решетки (ЛИР) – пространственно-периодические модуляции комплексного показателя преломления среды — возникают при интерференции двух пересекающихся пучков излучения от одного и того же лазера в результате как нерезонансного (электрострикция), так и резонансного (оптическое возбуждение) воздействий излучения на вещество. Эти воздействия вызывают регулярные изменения плотности среды – в виде стоячих акустических волн и стационарных модуляций. Временная эволюция ЛИР определяется составом исследуемой среды в области взаимодействия пучков накачки, а также ее локальными термодинамическими и микроскопическими параметрами. В экспериментах решетки регистрируют по дифракции на них третьего, пробного лазерного пучка, направленного под определенным углом к пучкам накачки в области их пересечения. Использование для возбуждения ЛИР импульсного (длительностью несколько нс), а для регистрации — непрерывного лазерного излучения позволяет изучать динамику развития решеток, а также использовать полученные сигналы для определения параметров сред с временным и пространственным разрешением.

В сообщении представлены примеры результатов измерений с использованием ЛИР как в ионных жидкостях (жидких солях органических кислот), так и в газах.

В ряде ионных жидкостей с различными катионами и анионами при комнатной температуре определены скорость звука и коэффициент температуропроводности. Из полученных величин с использованием табличных данных о плотности и теплоемкости этих жидкостей рассчитаны, соответственно, адиабатическая сжимаемость и коэффициент теплопроводности. По измеренной величине коэффициента затухания акустических волн в некоторых ионных жидкостях найдена величина коэффициента объемной вязкости.

В молекулярных газах и их бинарных смесях измерения при различных плотностях, температурах и соотношениях компонентов позволили одновременно определять скорость звука (и, следовательно, температуру газа) и процентное содержание известных компонентов, измерять скорости газовых потоков, наблюдать проявления и находить константы скорости процессов столкновительной дезактивации возбужденных электронных, колебательных и вращательных состояний молекул.

Packing density and apparent specific volume of model binary solutions

E.S. Balankina

Moscow State University of Instrumental Engineering and Computer Science

 Analytical expressions for the apparent specific volume are obtained for various kinds of solutions with the ratio of molecular volumes components between 1 and 8. It is shown that the geometrical factor makes dominating contribution into the magnitude of the apparent specific volume in the case of mutual solutions of n-alkanes as well as for the aqueous solution of alcohols. In the case of mutual solutions of n-alkanes (СnH2n+2 –C6Н14, n=7; 8; 9; 10; 16), the contribution of attractive intermolecular interactions is small (~0-20%) in the comparison with the geometrical factor. In the presence of water, the contribution of geometrical factor (~55%) differs negligibly from the contribution of attractive intermolecular interactions for the aqueous solution of alcohols, and attractive  intermolecular interactions provides the principal influence on the magnitude of the apparent specific volume in the case of mutual solutions of alcohols.

Acoustic properties of some fluorinated aliphatic alcohols

 O.V. Khorolskiy, A.M. Getalo, O.P. Rudenko

 Poltava V.G. Korolenko National Pedagogical University

 The purpose of this research is to establish the correlation between the molecular architecture and acoustic properties of liquid as a consequence of replacement of hydrogen atoms by the atoms of fluorine in the molecule of aliphatic alcohol. The changes in intermolecular interaction after substitution are considered as well.

Fluorine has the least Van der Waals radius (1.35 Å) among all halogens, which is close to the radius of hydrogen (1.2 Å) [1]. Therefore, the process of substitution of the hydrogen atoms to the fluorine atoms the sizes of molecules change insignificantly, but mass of molecules grow rapidly. Thus, the parameters of intermolecular interaction suffer considerable changes: intermolecular bonds С–Н…Н in non-fluorinated compounds change to the intermolecular bonds C–F…H in fluorinated aliphatic alcohols.

Experimental researches of the density (densimeter method with an error of 0.05 %), the speed of ultrasound (impulse-phase method with an error of 0.1 %) and the sound absorption (impulse method with an error of 5 %) in temperature range of 293.15-363.15 K in 1-propanol (С3H7ОН), 1-pentanol (С5H11ОН), 1-heptanol (С7H15ОН) and in fluorine-substituted analogues – 2, 2, 3, 3-tetrafluoro-1-propanol (Н(СF2)22ОН), 1H, 1H, 5H-оctafluoro-1-pentanol (Н(СF2)4СН2ОН) and 1H, 1H, 7H-dodecafluoro-1-heptanol (Н(СF2)62ОН) were conducted.

The analysis of experimental data shows that the replacement of hydrogen atoms by the fluorine atoms leads to the considerable growth of density and sound absorption, and speed of sound distribution is diminishes. While growing the molecular mass of fluorinated alcohols the speed of ultrasound diminishes, and the sound absorption coefficient grows sharply. In our opinion, this phenomenon is mainly related to shear viscosity sharp growth in fluorinated alcohols. As it was shown in [2], the spatial network of hydrogen bonds in fluorinated alcohols changes considerably and the energy of intermolecular interaction diminishes due to the behavior of the adiabatic compressibility .

References

[1] PKirsch, Modern Fluoroorganic Chemistry: Synthesis, Reactivity, Applications, 320 (2004).

[2] A.N. Getalo, O.V. Saienko, A.V. Khorolskiy, Ultrazvuk i termodinamicheskie svoistva veschestva, vol. 37, 54-57 (2010).

From cluster to dimer structure of liquids  in subcritical and critical region

Yu.A. Neruchev1, M.F. Bolotnikov2

1Laboratory of Molecular Acoustics, Kursk State University

2Institute for Quantum Optics, Ulm University, Germany

 Basing on the relation for the thermal pressure coefficient obtained by the authors [High Temperature 46 (2008) 40-52], we study some particular examples of an influence of the molecular agregates on thermophysical properties in the subcritical region in comparison with the region of normal liquid. It is demonstrated that the corresponding predictive model should take into account the processes of cluster and, subsecuently, dimer dissociation when approaching the critical point along the liquid branch of the coexistence curve. The computational results for liquid noble gases and n-alkabes are compared with the experimental data.

Structure and dielectric properties of composite material based on surface-modified BaTiO3 nanoparticles in polystyrene

N.A. Emelianov

Kursk State University

 The work reports on studies of the structure and dielectric properties of composites based on barium titanate nanoparticles surface modified with sodium oleate in polystyrene. It is shown that nanoparticles of barium titanate obtained by peroxidic synthesis have surface enriched hydroxyl (-OH) groups, which allows the formation of strong chemical bonds with the molecules of surfactant. Thin film composites is prepared with 5 and 10% volume fraction nanoparticles in the polystyrene. Polystyrene is selected as the matrix because of its attractive dielectric properties (low dielectric loss tangent), and radio transparent in the microwave range. The surface structure of composite films was studied by scanning electron microscopy (Quanta 650 FEG, FEI) and atomic force microscopy (Solver Next, NT-MDT). It is demonstrated that the surface modification prevents the agglomeration of the nanoparticles. Frequency dependence of the capacitance was studies using an impedance meter GwInstek 7819 in the range of 1 kHz — 100 kHz. Effective dielectric constant εeff composites with 5 and 10% volume content of nanoparticles is 3.01 and 3.65, respectively, which agrees well with the modified Kerner equation.

Механизм акустической релаксации в водных растворах ацетатов одно- и двухзарядных катионов

 З.Н. Низомов

 Душанбинский филиал  НИТУ «Московский институт стали и сплавов»

 Во всех исследованных водных растворах солей однозарядных катионов квадратичная зависимость коэффициента поглощения от частоты сохраняется в исследованном интервале частот, концентраций и температур. Исследование ацетатов однозарядных катионов в гидроксилсодержащих растворителях показало, что ожидаемое избыточное поглощение мало, а частота релаксации высока. В водных растворах солей с двухзарядными катионами обнаружено релаксационное поглощение УЗ. Для солей меди, цинка, кадмия и свинца характерно то, что релаксационное поглощение заметно уже при малых концентрациях, а для солей же магния, кальция, бария и никеля при высоких. При переходе от магния к барию частота релаксации увеличивается.

 На основе спектроскопических исследований показано, что в водных растворах ацетатов существуют свободные гидратированные ионы и ионные пары, образованные из гидратированных ионов.

Показано, что высокочастотное релаксационное поглощение УЗ в исследованном интервале частот в водных и спиртовых растворах электролитов обусловлено нарушением под действием УЗ равновесия между свободными сольватированными ионами и ионными парами, образованными из сольватированных ионов, а низкочастотная релаксация связана с перестройкой сольватных оболочек ионов при образовании этих ионных пар. Для проверки предложенного механизма проведено исследования поглощение УЗ в водно-сахарозных растворов исследованных солей. Обнаружено, что с увеличением сдвиговой вязкости раствора время релаксации, связанное с перемещением ионов, возрастает.

Диэлектрические свойства и структура модельных полярных жидкостей

Г.Б. Литинский

 Национальный университет гражданской защиты Украины г. Харьков

 В докладе представлен обзор применения модели заторможенного вращения молекул (МЗВМ), для описания диэлектрических свойств модельных жидкостей с анизотропным потенциалом межмолекулярного взаимодействия: дипольных (ДТС), диполь-квадрупольных твёрдых сфер (ДКТС), а также полярных жидкостей с анизотропным потенциалом отталкивания: например, жидкости дипольных эллипсоидов вращения (ДЭВ).

Полярная жидкость в рамках МЗВМ представляет собой  «макромолекулярный клубок» — квазиодномерную цепочку частиц, связанных между собой анизотропными дипольными силами. Динамика такой «флуктуирующей цепочки» аналогична конформационной динамике реальных полимерных молекул, при этом сама модель, в которой вместо вращений отдельных частиц рассматривается динамика макроскопического объекта (цепочки), вполне аналогична гармонической модели твердого тела, в которой такими объектами являются  нормальные колебания решётки.

Проведено сопоставление МЗВМ с имеющимися машинными расчётами диэлектрической проницаемости модельных и реальных полярных жидкостей.

Акустические исследования влияния P, V, T— термодинамических параметров состояния на ориентационную релаксацию в нематических жидких кристаллах

А.Н. Ларионов1, В.С. Воищев1, Н.Н. Ларионова1, А.И. Ефремов 2,

Н.В. Балабаев 1

1Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I,   2Воронежский государственный университет

Акустическим методом фиксированного расстояния исследована кинетика ориентационных процессов в нематических жидких кристаллах (НЖК) и смесях НЖК в периодически меняющихся магнитных полях при изменении температуры, давления и удельного объёма. Разработана модель изменения амплитудных и частотных параметров фазовой характеристики анизотропии коэффициента поглощения ультразвука в нематической фазе в меняющихся магнитных полях, на основании которой исследован спектр частот, характеризующих ориентационную релаксацию и установлен вид их зависимости от P, V, T – термодинамических параметров состояния. В рамках молекулярно-статистических теорий нематической фазы анализируется зависимость времени ориентационной релаксации от удельного объёма при изменении давления и температуры.

Исследование скорости распространения ультразвука в нематической фазе в области полимезоморфных превращений

А.Н. Ларионов1, Н.Н. Ларионова1, А.И. Ефремов2, Д.Ю. Просовецкий1,  Н.В Балабаев1

1Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I,  2Воронежский государственный университет

 Исследовано влияние магнитного поля, давления, температуры и удельного объёма на скорость распространения ультразвука в нематической фазе, включая области полиморфных превращений, в диапазоне частот 2, 6÷4, 4 МГц. Применение модельных теорий позволило описать зависимость скорости ультразвука от удельного объёма, давления и температуры. Установлен характер зависимости скорости ультразвука от угла между волновым вектором и вектором индукции ориентирующего магнитного поля. Анализируется зависимость анизотропии скорости ультразвука от давления и удельного объёма. Рассчитаны анизотропные модули упругости нематической фазы. Показана связь зависимости модулей упругости от температуры и давления с температурной зависимостью параметра порядка. Исследована релаксационная природа анизотропии упругости нематической фазы.

Исследование медленных уединенных упругих волны лазерным шлирен-методом

 Е.М. Кудрявцев, С.Д. Зотов, А.А. Лебедев, С.В. Самохвалов 

Физический институт им.П.Н. Лебедева РАН

 Медленные уединенные упругие волны (МУУВ) — это явление, обнаруженное в ФИАНе в 1992г. и позволяющее объяснить временные закономерности ряда явлений, в частности явление зависимости интенсивности прошедшего через образец лазерного излучения от температуры может быть использовано для контроля температуры образца, или измерений температурных зависимостей коэффициента преломления материала и его толщины. При хорошей температурной стабилизации образца наблюдаемое явление может быть полезно при проверке однородности материала, как по плотности, так и по толщине.